شناخت آب و انواع سختی گیر آب

روش های متفاوتی برای کاهش میزان سختی آب وجود دارد که هر کدام شرایط عملکردی متفاوت با خود را دارند. در این مقاله ابتدا به بررسی آب و ویژگی های ساختاری آن پرداخته می شود و در ادامه به بررسی انواع سختی گیر آب مورد بررسی قرار می گیرد.

ترکیبات آب

آب از دو عنصر اکسیژن و هیدروژن تشکیل شده و فرمول شیمیایی آن (H2O) می باشد. آب به مقدار فراوان در صنعت موجود است و یک عامل حیاتی به شمار می رود. زندگی بسیاری از موجودات، اعم از جانداران، گیاهان به صورت مستقیم بستگی به آب دارد. آب علاوه بر جنبه حیاتی در چرخ صنعت و تامین انرژی مورد نیازش از جمله نیروگاه ها، تاسیسات حراتی آب گرم و بخار نقش ویژه ای دارد.

منابع تامین آب

منابع اصلی تامین آب عبارتند از منابع زیرزمینی مانند چاه ها، قنات ها، چشمه ها، رودخانه ها، دریاچه ها و خلاصه آب باران که همه اینها حاصل چرخه طبیعی آب در طبیعت است.

حالتهای آب

آب به سه حالت در طبیعت وجود دارد که هر یک به نوبه خود کارایی موثر دارد. مایع (آب)، بخار و یخ که در هر حالت دارای مقداری ناخالصی است و برای تصفیه و خالص نمودن آب در بحثهای بعدی اشاره خواهد شد.

خواص آب

آب مانند هر عنصر شیمیایی دیگر دارای خواص شیمیایی می باشد که هر یک به طور مختصر شرح داده می شود.

خواص شیمیایی آب

آب ها در اثر جریان رودخانه و یا به صورت آب های سرگردان در طبیعت و عبور از بستر های مختلف خاکی، آهکی و سیلیسی و … دارای مقداری املاح و ناخالصی می باشد مانند:

• گازهای اکسیژن(O) آمونیاک و گاز کربنیک
• اکسید آهن
• نمک های کلسیم و منیزیم
• کلر ها و سولفات ها در کلسیم، منیزیم و آهن
• ذرات معلق، باکتریها، رسوب آهکی، کلوئیدی و …

همچنین به خواص شیمیایی آب از جمله میزان سختی یا درجه اسیدی آب (ph) که بر حسب ppm مشخص می شود و در کیفیت آب مورد مصرف صنایع تاثیر بسیار دارد به طوری که بالا بودن سختی آب موجب رسوب در تاسیسات حرارتی، لوله ها، بویلر ها خوهد بود و علاوه بر فرسوده شدن آن ها میزان بازدهی حرارتی را کاهش می دهد به طوری که این پدیده به راحتی در دیگهای کوئلی آب گرم اثر می گذارد و میزان بازدهی حرارتی آن ها را کاهش می دهد در حالی که مقدار سوخت در اثر کار مداوم و بیشتر افزایش می یابد.

PH آب

خاصیت اسیدی آب به وسیله هیدورژن که در واقع عامل اسیدی آب است سنجیده می شود. آب سالم و قابل آشامیدن دارای ph معادل است که چنین آبی از نظر ph خنثی است. هر گاه مقدار ph  آب بالاتر از 7 باشد آب خاصیت قلیایی پیدا کرده و قابل مصرف نیست. آبهای اسیدی و قلیایی هر یک برای انسان و برای سیستم تاسیساتی که این گونه آب ها در آن ها جریان دارند مضر است و در کوتاه مدت دچار خوردگی یا گرفتگی جداره ها خواهند بود.

خواص فیزیکی آب

خواص فیزیکی آب عبارتند از: رنگ ، تیره گی، بوی بد، طعم، ورن مخصوص، نقطه جوش نقطه تبخیر، گرمای نهان.

مقدار تیرگی مناسب برای آب آشامیدنی 5 میلی گرم در لیتر است. برای صاف کردن آب از فیلتر های شنی ، آهک و سولفاتهای آهن و آلومینیوم استفاده می کنند. بالا رفتن وزن مخصوص آب از حد معین نشانه آلودگی و املاح بیش از حد در آب است که روی سایر خواص آن تاثیر خواهد گذاشت. مانند، دیر جوش آمدن آب، دیر منجمد شدن آب و کف نکردن صابون در آب.

خواص باکتریولوژی آب

همان طور که گفته شد آب مایع حیات هر موجود زنده ای است به طوی که انواع موجودات مفید و مضر در آب زندگی می کنند. مانند انگلها، قارچها، باکتری ها، میکروبها، کپک ها و بسیار از مواد و جانداران ذره بینی دیگر. لذا چنین آبی برای آشامیدن مناسب نیست و باید سالم سازی و ضد عفونی بشود. به همین علت آب را به چند روش زیر ضد عفونی می کنند که به طور مختصر شرح داده می شود.

روش های ضد عفونی کردن آب

از جمله رایج ترین روش های ضد عفونی کردن آب به موارد زیر می توان اشاره کرد:

• کلر زنی
• ته نشین کردن
• استریل کردن
• عبور دادن از اشعه ماورا بنفش
• استفاده از ازن

کلر زنی

این روش باعث می شود تا بعضی از مواد موجود در آب اکسید شده و مواد احیا کننده معدنی آن نیز اثر کرده و باعث گندزدایی و ضد عفونی آب بشود.

از عوامل موثر در ضد عفونی کردن آب به موارد زیر می توان اشاره کرد.

• Ph  آب
• درجه قلیایی بودن آب
• دمای آب
• مواد آلی موجود در آب
• زمان تماس کلر با آب
•  میزان کلر

مقدار کلر آب آشامیدنی حداکثر 0.3-0.2 ppm  است. مقدار کلر اضافی آب باید توسط ریل مخصوص کاهش یابد.

نکته: کلر عمر مفید رزین ها را در سختی گیرها کاهش می دهد بنابر این نباید آب کلر دار وارد سختی گیر شود.

برای ضد عفونی کردن آب استخر ها برای هر متر مکعب حجم آب استخر 50 گرم آب ژاول یا 0.6 پر کلرین به آب استخر اضافه شود.

مقدار مصرف کلر برای ضد عفونی

مصرف کلر در حد معینی برای ضد عفونی مفید است و استفاده غلط از کلر و رعایت نکردن مقدار صحیح آن باعث خطراتی خواهد شده که باید نکات زیر را هنگام اضافه کردن کلر بخاطر داشت:

• بوی کلر وقتی در آب احساس می شود که مقدار آن بین 1 تا 4 باشد.
• بوی کلر وقتی باعث تحریک بینی، چشم، گلو می شود که مقدار آن نزدیک به 3 تا 4 باشد.
• کلر موجود در آب زمانی باعث سوزش و التهاب چشم، گوش و بینی می شود که مقدار آن 15ppm باشد.
• کلر موجود در آب زمانی باعث مرگ می شود که مقدار آن 100 پی پی ام باشد.

اشعه ماورا بنفش

عبور اشعه ماوراء بنفش از آب باعث ضد عفونی و از بین بردن میکروبها و استرلیزه شدن آب می شود برای این کار باید قبلا آب را ته نشینی و تصفیه کرد. عبور اشعه به وسیله لامپ های مخصوص در کمترین زمان بستگی به عمق آب باعث میکروب زدایی و استرلیزه شده آب می شود.

کاهش مقدار سختی آب: برای کاهش مقدار سختی آب از روش آب آهک و روش تبادل یونی استفاده می شود.

روش کاهش سختی آب به وسیله آب آهک

در این روش با اضافه کردن 35 تا 50 گرم آهک در هر متر مکعب آب مقدار سختی آب در هر لیتر 25 میلی گرم کاهش پیدا می کند.

روش تبادل یونی

این روش به وسیله دستگاه های سختی گیر انجام می شود و برای کاهش مقدار سختی آب از رزین هیدروژنی و رزین های تبادل یونی مدار در دستگاه های سختی گیر استفاده می شود.

انواع سختی گیر آب

سختی آب

مجموع املاح کلسیم، منیزیم موجود در آب را سختی می گویند. بعضی از املاح فلزات مانند آهن، منگنز و آلومینیوم نیز به مقدار کمتری باعث ایجاد سختی آب می شوند. ایجاد سختی در سطح لوله ها باعث کاهش فشار سیستم و در سیستم های سرمایی و گرمایشی باعث کاهش راندمان حرارتی می شود. برای جلوگیری از آن به اسیدشویی چیلر و کویل ها و سرویس فن کویل ها نیازمند هستیم.

بطور کلی آب دارای دو نوع سختی می باشد:

سختی موقت آب

این سختی بیشتر از نوع کربناتی می باشد که متشکل از کربنات ها و بی کربنات های کلسیم و منیزیم است. حد اشباع سختی موقت آب حدود 450 میلی گرم در لیتر است.

سختی دائم آب

سختی دائم یا سختی غیر کربناتی که شامل ترکیبات سولفاتها ، نیتراتها، کلرورها ، فسفاتها و سیلیکاتهای منیزیم و کلسیم می باشد. حد اشباع  سختی دائم آب در حدود 1800 میلی گرم در لیتر باشد.

در آب های صنعتی بالا بودن سختی آب باعث ایجاد رسوبات سخت در جدار لوله ها و دیگهای آب گرم و بخار می شود که علاوه بر افزایش افت فشار در طوب باعث کاهش ضریب انتقال حرارت می شود.

بالا بودن سختی آب در آب های آشامیدنی سبب ایجاد طعم خاص و امراض مختلف می گردد. حد مجاز سختی در آب های آشامیدنی بر طبق استاندارد WHO به میزان 250 میلی گرم رسوبات است.

روش های کاهش سختی آب در زیر عنوان شده است.

• روش آب آهک سرد
• روش آب آهک گرم
• روش تعویض یونی

روش های اول و دوم در مورد آبهایی به کار می رود که درجه سختی موقت آن ها بالا باشد یا سختی کربناتی آن ها بالا باشد، اما امروزه بهترین روش برای کاهش سختی آب استفاده از بستر های رزینی است که بسیاری از دستگاه ها سختی گیرهایی که در داخل کشور ساخته می شوند از این نوع هستند.

نوع رزین: رزین ها معمولا از نوع کاتیونی پلی استیرن سولفونه یا سیکل سدیم می باشد. به طوری که آب ورودی به سختی گیر از قسمت فوقانی وارد شده و هنگام عبور از بستر رزین، یونهای کلسیم و منیزیم موجود در آب را با یون سدیم مبادله می کند.

عمل تعویض یون ها در مدت زمانی معین که به حجم آب تصفیه شده، حجن رزین، سختی آب خام، سطح رژنراسیون انتخابی سدیم موجود در آب خام و … بستگی دارد با اشیاء بستر رزینی خاتمه می یابد. بستر رزینی پس از اشباع به ترتیب طی مراحل زیر با استفاده از محلول 10 تا 20 درصد وزنی کلرور سدیم باید احیا بشود.

ساختمان سختی گیر ها

سختی گیرها دارای اصول ساختمانی مشابه هستند و معمولا در موتورخانه ها نصب می شوند و از قسمتهای زیر تشکیل شده اند:

ستون سختی گیر

این ستون از ورق های فولادی که بر اساس استاندارد ASME با روش جوشکاری قوس الکتریکی دستی از داخل و خارج ساخته شده است و مجهز به درب فوقانی و تحتانی هستند و دارای دو دریچه بازدید هستند.

سیستم توزیع و جمع آوری آب

برای توزیع یکنواخت آب در قسمت فوقانی سختی گیر یک آب پخش کن مخروطی یادیسکی تعبیه شده و همچنین جهت جمع آوری آب سختی گیری شده و توزیع یکنواخت آب شستشوی معکوس یا بک واش در کف هر سختی گیر یک صفحه فولادی جهت تعبیه نازل ها قرار گرفته است.

سیم لوله کشی

در قسمت جلوی هر دستگاه سختی گیر یک شبکه فولادی همراه با کلیه اتصالات لازم جهت ورودی، خروجی، بک واش، تخلیه و … نصب گردیده است.

نازل ها

روی صفحه فولادی که در کف سختی گیرها قرار دارد به تعداد مناسب، حداقل 3 عدد به ازای هر فوت مربع سطح سختی گیر نازل پلاستیکی نیم کره ای با شیار های محیطی نصب گردیده است.

شن سیلیسی محافظ

در حد فاصل نازل ها و بستر رزین یک لایه شن سیلیسی متبلور با درجه خلوص 0.98 درصد با دانه بندی مناسب به ضخامت 15 تا 20 سانتی متر قرار دارد.

مخزن آب نمک

این مخزن از ورق فولادی که از داخل جوشکاری شده ساخته شده و مجهز به استرینر، لوله تغذیه آب، لوله خروجی آب نمک و اتصال مربوط ه تخلیه مخزن است.

محافظت و ایمنی در مقابل خوردگی: معمولا برای محافظت از زنگ زدگی قسمت هایی که با آب و هوا در تماس هستند تدابیری اندیشیده می شود که در بعضی از سختی گیر ها کلیه سطوح مجاور مایع پس از سندبلاسینگ با دو لایه رنگ اپوکسی و کلیه سطوح مجاور یا هوا پس از سندبلاسینگ با رنگ ضد زنگ و چند لایه رنگ روغنی محافظت می شوند.

کنترل سختی گیرها

کنترل سختی گیرها به سه روش انجام می شود:

• کنترل دستی : که به وسیله شیر فلکه دستی چدنی یا برنجی انجام می شود.
• کنترل نیمه اتوماتیک: که به وسیله شیره های چند راهه دستی انجام می شود.
• کنترل اتوماتیک: به وسیله شیرهای دیافراگمی یا شیرهای چند راهه اتوماتیک انجام می شود.

روش انتخاب سختی گیر

برای انتخاب سختی گیر باید نکات زیر را در نظر گرفت:

• میزان آب تصفیه شده در فاصله زمانی بین دو احیا بر حسب متر مکعب
• میزان سختی حذف شده بین دو احیا بر حسب گرم
• میزان سختی حذف شده بین دو احیا بر حسب گرین
• ظرفیت تبادل یونی رزین و سطح ژنراسیون (30000 گرین به ازای هر فوت مکعب رزین)
• حجم رزین مورد نیاز

طریقه احیا سختی گیر با شیر چندراهه

برای بک واش و خارج کردن مواد زائد از بستر رزین، اهرم شماره 1 را به مدت 10 تا 20 دقیقه به طرف شماره بچرخانید.

اهرم شیر نمک را به مدت 25 تا 40 دقیقه به طرف شماره 2 بچرخانید. در این حالت محلول نمک، رزین را شستشو بدهد.

برای شستشوی رزین با آب نمک، شیر منبع را بسته و اهرم را روی شماره 2 ثابت کنید.

اهرم را در وضعیت شماره 3 ثابت کنید و از سیستم بهره برداری کنید.

دستگاه سختی گیر دستی

از رایج ترین انواع سختی گیر آب  سختی گیر دستی می باشد. این دستگاه ساختمان بسیار ساده ای دارد. از این دستگاه برای مصارف خانگی و مصارف کوچک مورد استفاده قرار می گیرد.

دستگاه سختی گیر نیمه خودکار

در این نوع سختی گیر برای عبور آب نمک از بستر رزین و از شیر سه راه اتومات استفاده می شود. در این دستگاه قبل از احیا رزین مقداری آب دستگاه را تخلیه سپس رزین را با آب نمک شستشو می دهند.

دی اریتورهای حرارتی

ساختمان دی اریتور ها در این دستگاه تبادل حرارتی بین فاز مایع و فاز بخار به وسیله قطعات لوله آلومینیومی انجام می شود. دی اریتورها شکل سیلندر در بالای مخزن ذخیره آب قرار دارند. به طوری که آب ورودی از قسمت بالای دی اریتور وارد مخزن می شود و به وسیله یک صفحه استیل مشبک روی پکینگ آلومینومی پاشیده می شود.

عملکرد دی اریتور

• تولید حبابهای گاز در آب و انتقال مکانیکی این حبابها از فاز مایع به فاز بخار
• دیفیوژن قسمتی از گاز محلول در آب به فاز بخار آب در سطوح مجاور این دو فاز دارد، همچنین فاز مایع و بخار باید دارای سطح تماس کافی باشند و در عمل باید در حد ممکن قطرات مایع را متلاشی تا شرایط خروج گاز محلول را فراهم سازند.

فواید دی اریتور

• بالا بودن سطح تماس فاز بخار و فاز مایع
• جلوگیری از مصرف بیش از حد بخار آب یا ایزولاسیون کامل ستون دی اریتور و مخزن ذخیره
• تثبیت و کنترل حرارت آب ورودی در حدود 103 تا 110 درجه سانتی گراد
• جلوگیری از وارد شدن شوک حرارتی به دیگ های بخار.
• کاهش غلظت اکسیژن محلول در آب به 0.005 میلی گرم در لیتر
• کاهش غلظت اکسیژن محلول در آب به 0.005 میلی گرم در لیتر
• گاهش غلظت گاز انیدرید کربنیک محلول در آب به صفر

سیکلون ها

سیکلون ها برای تصفیه و از بین بردن شن و ماسه موجود در داخل چاه ها، رودخانه ها و آب های سطحی بکار می رود. سیکلون ها را می توان روی مدار خروجی الکتروپمپ ها نصب کرد.

اصول کار سیکلون ها

نوع عملکرد سیکلون ها بر اساس فشار هیدرولیکی است. این انرژی باعث پیدایش نیروی گریز از مرکز به شکل خطوط مارپیچی در داخل سیکلون می شود. شن و ماسه به علت وزن مخصوصی که دارند در اثر نیروی گریز از مرکز در قسمت تحتانی جمع شده و تخلیه می شوند و آب تصفیه شده از قسمت بالای سیکلون خارج می شود. در شکل ساختمان داخلی و طریقه عملکرد سیکلون را نشان دهده است.

ArtyWater , WFM :برداشت و ترجمه

تحریریه تیم فنی مهندسی به فیکس